攝像機培訓-基礎

1、攝像機培訓－基礎篇,大華技術，讓您的安全更有保障！,1,,,2,,,產品的特性,3,,,,內容提要,4,,,IPC競爭分析,5,,,IPC需求分析,產品的原理,結束語,一、產品的原理(1),攝像機： 是一種把景物光像轉變?yōu)殡娦盘柕难b置，其結構大致可分為三部分：光學系統(tǒng)：主要指鏡頭光電轉換系統(tǒng)：主要指攝像管或影像傳感器件電路系統(tǒng)：主要指視頻處理電路,一、產品的原理(2),攝像機分類按攝像機形狀分：槍機、球機、針孔機按感光芯

2、片分：CCD攝像機、CMOS攝像機按輸出圖像信號格式劃分:模擬攝像機、數字攝像機按成像色彩劃分：彩色、黑白按分辨率劃分：330TVL、420TVL、480TVL、540TVL、Mega pixels按靈敏度劃分：普通、月光、星光、紅外照明按感光元件靶面大小劃分：1inch、2/3inch、1/2inch、1/3inch、1/4inch、1/5inch,一、產品的原理(3),攝像機關鍵部件鏡頭濾光片感光元件專用圖像處理單

3、元,一、產品的原理(4),濾光片定義 光學低通濾波器（OLPF）功用 濾除紅外線：鍍膜、藍玻璃 修整光線：石英/水晶,一、產品的原理(5),感光元件CCD：電荷耦合器件(Charge Coupled Device )，傳感器中每一行中每一個象素的電荷數據都會依次傳送到下一個象素中，由最底端部分輸出，再經由傳感器邊緣的放大器進行放大輸出。CMOS：互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal Ox

4、ide Semiconductor )，傳感器中每個象素都會鄰接一個放大器及A/D轉換電路，用類似內存電路的方式將數據輸出。,一、產品的原理(6),CCD與CMOS比較,一、產品的原理(7),CCD辨識,SONY CCD,SHARP CCD,松下 CCD,一、產品的原理(8),圖像處理單元V-DriverCDS/AGCTGDSP,二、產品的原理(9),DSPSONY方案： SS-1（2163）:可接高/低解CCD

5、 SS-11（3141/2）: 只能夠接低解CCD SS-HQ1（3172）:可接高/低解CCD SS-11X（4103）:可接高 405/低解CCD 669SHARP方案：D4（38603）、D5可接高/低解CCD 可接sonyCCD松下：D5（673276）可接高/低解CCD其它廠家：Nextchip韓國、A-NOVA臺灣,CCD尺寸：即攝像機靶面，通常有2/3、1/2、1/3、1/4/等規(guī)格；

6、一般來講此值越大越好，感光面積越大成像質量越好。,二、產品的特性(1),像素數：CCD是由面陣感光元素組成，每一個感光元素稱為像素，像素越多，圖像越清晰，有的給出了水平及垂直方向的像素數，如500H×582V，有些則給出了前兩者的乘積值，如30萬像素。,分辨率：通常是指攝像機的水平分辨率，指的是當攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監(jiān)視器（應比攝像機的分辨率高）上能夠看到的最多線數，當超過這一線數時，屏幕上就只能看到灰蒙蒙

7、的一片而不再能分辨出黑白相間的線條。,問題：為何不以垂直分辨率作為指標？,二、產品的特性(2),垂直清晰度是由一幀圖像的掃描行數決定的。由于在場消隱期間看不到掃描線，對于我國625行50場的掃描制式來說，畫面的有效掃描行數約為575行；而對于美國525行60場的掃描制式來說，畫面的有效掃描行數約為490行。由于水平掃描線之間是離散的，所以兩條相鄰的水平掃描線之間一定會丟失部分細節(jié)（或說對與掃描線相同的黑白水平線攝像時，掃描線與黑白水平線

8、正好重合的概率不等于一）。一般，約有30%（凱爾系數）的細節(jié)會丟失。所以認為，垂直清晰度RV等于有效掃描行數n乘以經驗值0.7（70%），即RV = 0.7n                       &#

9、160;  所以，對625行的掃描制式來說，實際有效的清晰度為575×0.7=402TVL；對525行的掃描制式來說，其垂直清晰度為490×0.7=343TVL。因此垂直清晰度對同一電視制式來說，基本上是固定的,問題：像素和分辨率的關系？,二、產品的特性(3),像素是最小的圖像單元，這種最小的圖形的單元能在屏幕上顯示通常是單個的染色點。像素是由光電傳感器上的光敏元件數目所決定的，一個光敏元件

10、就對應一個像素，因此像素越大，意味著光敏元件越多，相應的成本就越大。分辨率是一個表示平面圖像精細程度的概念，通常它是以橫向和縱向點的數量來衡量的，表示成水平點數×垂直點數的形式，在一個固定的平面內，單位長度內像素個數（PPI），分辨率越高，意味著可使用的點數越多，圖像越細致。像素和分辨率是成正比的，像素越大，分辨率也越高。,最低照度：是指當被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機輸出的視頻信號電平低到某一規(guī)定值時的景物光亮度值。

11、一般彩色攝像機的最低照度為2～3LUX， 照度的測定是以在一定的鏡頭光圈系數為前提，因此，不能只看攝像機說明書中標明的最低照度，應按攝像機在同一光圈系數下其照度值的大小。最低照度越小，攝像機檔次越高。相對于彩色攝像機而言，黑白攝像機由于沒有色度處理而只對光線的強弱（亮度）信號敏感，所以黑白攝像機的照度比彩色攝像機照度要低，一般可做到0.1LUX在F1.4時，至于微光攝像機則更低。,二、產品的特性(4),二、產品的特性(5),問題：最低照

12、度是否可作為衡量現場環(huán)境照度的標準？,二、產品的特性(6),視頻信號的標稱值為1Vp-p，標準值為0.7Vp-p，最低照度時的視頻信號值為1/3到1/2的標準植；而且攝像機在最低照度時產生的圖像清晰度，是用電視信號測試卡（黑白相間的條紋）進行測式的，與實際使用當中的場景差別很大。因此實際使用當中不能以攝像機標稱的最低照度作為衡量現場環(huán)境照度的標準。應根據監(jiān)視目標的照度選擇不同靈敏度的攝像機。監(jiān)視目標的最低環(huán)境照度應高于攝像機最低照度的

13、10倍。,信噪比：當攝像機攝取較亮場景時，監(jiān)視器顯示的畫面通常比較明快，觀察者不易看出畫面中的干擾噪點；而當攝像機攝取較暗的場景時，監(jiān)視器顯示的畫面就比較昏暗，觀察者此時很容易看到畫面中雪花狀的干擾噪點。干擾噪點的強弱（也即干擾噪點對畫面的影響程度）與攝像機信噪比指標的好壞有直接關系，即攝像機的信噪比越高，干擾噪點對畫面的影響就越小。所謂“信噪比”指的是信號電壓對于噪聲電壓的比值，通常用符號S/N來表示。由于在一般情況下，信號電壓遠高于

14、噪聲電壓，比值非常大，因此，實際計算攝像機信噪比的大小通常都是對均方信號電壓與均方噪聲電壓的比值取以10為底的對數再乘以系數20，單位用dB表示。 S/N=20Lg（Vs/Vn）,二、產品的特性(7),問題：典型攝像機的信噪比值是多少？,二、產品的特性(8),一般攝像機給出的信噪比值均是在AGC（自動增益控制）關閉時的值，因為當AGC接通時，會對小信號進行提升，使得噪聲電平也相應提高。CCD攝像機信噪比的典型值一般為45

15、dB~55dB。若為50dB，則圖像質量良好，有少量噪聲；若為60dB，則圖像質量優(yōu)良，不出現噪聲。,自動增益控制：AGC～Automatic Gain Control的縮寫。所有攝像機都有一個將來自CCD的信號放大到可以使用水準的視頻放大器，其放大量即增益，等效于有較高的靈敏度，可使其在微光下靈敏，然而在亮光照的環(huán)境中放大器將過載，使視頻信號畸變。為此，需利用攝像機的自動增益控制（AGC）電路去探測視頻信號的電平，適時地開關AGC，從

16、而使攝象機能夠在較大的光照范圍內工作，此即動態(tài)范圍，即在低照度時自動增加攝象機的靈敏度，從而提高圖像信號的強度來獲得清晰的圖像。,二、產品的特性(9),問題：自動增益控制的優(yōu)缺點是什么？,二、產品的特性(10),具有AGC功能的攝像機，在低照度時的靈敏度會有所提高，但此時的噪點也會比較明顯，這是由于信號和噪聲被同時放大的緣故。,背景光補償：BLC～BackLight Compesation的縮寫，也稱作逆光補償或逆光補正，它可以有效補償

17、攝像機在逆光環(huán)境下拍攝時畫面主體黑暗的缺陷。當引入背光補償功能時，攝像機僅對整個視場的一個子區(qū)域（如從第80行 ~ 200行的中心區(qū)域）進行檢測，通過求此區(qū)域的平均信號電平來確定AGC電路的工作點。由于子區(qū)域的平均電平很低，AGC放大器會有較高的增益，使輸出視頻信號的幅值提高，從而使監(jiān)視器上的主體畫面明朗。此時的背景畫面會更加明亮，但其與主體畫面的主觀亮度差會大大降低，整個視場的可視性得到改善。,二、產品的特性(11),問題：BLC和A

18、GC的異同？,二、產品的特性(12),AGC開啟時，AGC工作點是通過對整個視場的內容作平均來確定的，但如果視場中包含一個很亮的背景區(qū)域和一個很暗的前景目標，則此時確定的AGC工作點有可能對于前景目標是不夠合適的，背景光補償有可能改善前景目標顯示狀況。 BLC開啟時，攝象機僅對整個視場的一個子區(qū)域求平均來確定其AGC工作點，此時如果前景目標位于該子區(qū)域內時，則前景目標的可視性有望改善。,電子快門：ES～Electronic　Shutt

19、er的縮寫，是對比照相機的機械快門功能提出一個術語，它相當于控制CCD圖像傳感器的感光時間。由于CCD感光的實質是信號電荷的積累，則感光時間越長，信號電荷的積累時間就越長，輸出信號電流的幅值也就越大。通過調整光生信號電荷的積累時間（即調整時鐘脈沖的寬度），即可實現控制CCD感光時間的功能。常見的電子快門時間為1/50～1/10000s。,二、產品的特性(13),白平衡：WB～White Balance，是彩色攝象機的一個重要參數，它直接

20、影響重現圖像的彩色效果。當攝像機的白平衡設置不當時，重現圖像就會出現偏色現象，特別是會使原本不帶彩色的景物也著上了顏色。自動白平衡：AWB～Automatic White Balance，在監(jiān)控系統(tǒng)的應用中，攝像機都是長時間工作，光源色溫及電路參數都會發(fā)生一定的變化，因此AWB就確保了攝像機的連續(xù)工作中隨時校正白平衡。AWB分為連續(xù)白平衡ATW和自動控制白平衡AWC兩種方式。,二、產品的特性(14),連續(xù)白平衡：也稱為自動跟蹤白平衡

21、（Automatic Tracking White balance，ATW），是隨著景物色彩溫度的改變而連續(xù)地調整，范圍為2800~6000K。這種方式對于景物的色彩溫度在拍攝期間不斷改變的場合是最適宜的，使色彩表現自然，但對于景物中很少甚至沒有白色時，如場景大部分是藍天白云或夕陽等高色溫物體及場景比較昏暗的場合下，連續(xù)的白平衡不能產生最佳的彩色效果。自動控制白平衡：AWC～Automatic White balance Contro

22、l，需要先將攝像機對準諸如白墻等白色參考目標，然后將WB設置改變?yōu)樽詣臃绞?，保留在該位置幾秒鐘或者至圖像呈現白色為止，在白平衡被執(zhí)行后，重新WB設置為手動位置以鎖定該白平衡的設置，其范圍為2300~10000K，在此期間，即使攝象機斷電也不會丟失該設置。,二、產品的特性(15),二、產品的特性(16),鏡頭的作用是從被攝物體收集光信號到攝像機光電傳感器的光敏區(qū)， 鏡頭是由一組透鏡和光闌組成的。透鏡 透鏡分為凸透鏡和凹

23、透鏡。凸透鏡對光線有會聚作用，所以也叫會聚透鏡、正透鏡。常用的凸透鏡有雙凸、平凸、正彎月三類，凹透鏡對光線有發(fā)散作用， 所以也叫發(fā)散透鏡、 負透鏡。,二、產品的特性(17),光闌能進入鏡頭成像的光束， 其大小是由透鏡框和其他金屬框決定的。 往往這樣限制光束還不夠， 還要在鏡頭中設置一些帶孔的金屬薄片來限制光束， 稱為光闌。光闌的通光孔一般呈圓形， 其中心在透鏡的中心軸上，鏡頭的金屬框也是一種光闌。,二、產品的特性(18),鏡頭類型

24、C-mount 圖像傳感器到鏡頭之間的距離應為17.526mmCS-mount 圖像傳感器到鏡頭之間的距離應為12.5mm c-mount lens+5mm adapter ring后，可以轉換成 cs-mount lens,二、產品的特性(19),鏡頭的分類按焦距分標準：水平視場角30度廣角：水平視場角64度長焦：水平視場角15度按調焦方式分手動調焦自動調焦按光圈分手動光圈自動光圈,二、產

25、品的特性(20),鏡頭參數成像靶面尺寸焦距相對孔徑視場角,二、產品的特性(21),成像靶面尺寸,一般來講此值越大越好，感光面積越大成像質量越好。,適合的才是最好的！,二、產品的特性(22),焦距當已知被攝物體的大小及該物體到鏡頭距離，則可根據下兩式估算所選取配鏡頭的焦距：                 f=hD/H   －－

26、（1）            f=vD/V   －－（2） 式中，D為鏡頭中心到被攝物體的距離；H和V分別為被攝物體的水平尺寸和垂直尺寸；v為靶面成像的高度；h為靶面成像的水平寬度。       焦距決定了特定距離所能看到的水平區(qū)域大小 ： 焦距越長，所能看到的區(qū)域越狹窄eg: 當選用1/2″鏡頭時，圖

27、像尺寸為v=4.8mm，h=6.4mm。若鏡頭至景物距離D=3.5m，景物的實際高度為V=2.5m　　將以上參數代入公式(1)中，可得f=4.8·3500/2500=6.72mm，故選用6mm定焦鏡頭即可。,二、產品的特性(23),鏡頭的角度數與焦距、距離的關系:,二、產品的特性(24),相對孔徑          為了控制通過鏡頭的光通量大小，在鏡頭的后部

28、均設置了光闌（俗稱光圈）。假定光闌的有效孔徑為d，由于光線折射的關系，鏡頭實際的有效孔徑為D，D與焦距f之比定義為相對孔徑A，即             A=D/f          一般習慣上用相對孔徑的倒數來表示鏡頭光圈的大小，用F表示，即：     

29、60;   F=f/D       完整的F值：F1， F1.4， F2， F2.8， F4， F5.6， F8， F11， F16， F22， F32， F44， F64 F值越小，光闌越大，到達攝像機靶面的光通量就越大。,問題：為什么從F1到F1.4，光通量減少了一半？,二、產品的特性(25),景深景深表示聚焦清楚的范圍，長景深表示聚焦清楚的范圍大，短景深表示聚焦清楚的范圍小。

30、景深和光圈的關系： 光圈越大，景深越小廣角鏡頭通常比望遠鏡頭有較大景深，高F值也有較大景深。,二、產品的特性(26),視場角       鏡頭有一個確定的視野，鏡頭對這個視野的高度和寬度的張角稱為視場角。視 場角與鏡頭的焦距f及攝像機靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有 關，鏡頭的水平視場角Ah及垂直視場角Av可分別由下式來計算，即      

31、          Ah=2arctg（h/2f）                 Av=2arctg（v/2f）                

32、 由以上兩式可知，鏡頭的焦距f越短，其視場角越大,二、產品的特性(27),在選擇鏡頭時，要注意以下因素：  1、監(jiān)控現場的大?。焊鶕F場，選用廣角、標準等鏡頭 2、被攝物體的高度 3、 物距 4、 焦距：根據物體的距離、大小測算出鏡頭焦距長度 5、CCD靶面尺寸 ：根據ccd靶面選用相符合的鏡頭 6、照明光的照度：物理環(huán)境的光照條件，是否逆光,紅外光

33、補償？ 7、傳感器的靈敏度： 監(jiān)視目標的最低環(huán)境照度應高于攝像機最低照度的10倍 8、分辯率：靶面越小，對鏡頭分辯率要求越高 9、鏡頭接口：C or CS 10、光圈驅動方式： VIDEO or DV,驅動電壓（6v or 9v~12v）,,三、IPC競爭分析（1）,網絡攝像機 是IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端采集及處理設備，主要完成原始視頻的采集和壓縮，并通過網絡傳輸到后端的存儲和管

34、理設備。它結合了傳統(tǒng)攝像機和網絡視頻的技術，除具備一般的攝像機圖像捕捉功能外，還能讓用戶通過網絡實現遠程視頻監(jiān)視、儲存以及對采集到的圖像信息做出分析和采取相關的措施。 一般由鏡頭、圖像傳感器、聲音傳感器、A/D轉換器、音視頻壓縮控制器、網絡服務器、外部報警、控制接口等部份組成。,網絡攝像機的優(yōu)勢：1、與基于PC的攝像機比較,,三、IPC競爭分析（2）,基于PC的攝像機（攝像頭）,真正的網絡攝像機,,三、IPC競爭分析（3）,三、IP

35、C競爭分析（4）,網絡攝像機的優(yōu)勢：2、與基于模擬攝像機系統(tǒng)的比較,基于模擬攝像機的系統(tǒng),基于網絡攝像機的系統(tǒng),三、IPC競爭分析（5）,三、IPC競爭分析（6）,應用優(yōu)勢可采用逐行掃描方式，提供更清晰的圖像畫面；支持POE技術，有效節(jié)約成本，提高系統(tǒng)可靠性；支持百萬象素分辨率將智能集成到前端內部集成PTZ控制和輸入/輸出接口集成音頻安全通信基于靈活性高、經濟實用的基礎設施真正的數字化解決方案更低的總體成本,三、IP

36、C競爭分析（7）,IPC和NVS的對比優(yōu)勢：集成NVS和模擬攝像機的功能。 NVS的一些缺陷無可避免，如：圖像進行模數、數模轉換后，圖像質量 受損；圖像分辨率固定為PAL 或NTSC，無法滿足更高清晰度、更高分辨率的監(jiān)控需求；視頻信號動態(tài)范圍較小，難以滿足各種特定應用的需求，比如低噪聲、寬動態(tài)、高幀率等需求；模擬信號長距離傳輸，信號衰減嚴重，易受干擾，圖像質量不佳；無法實現分發(fā)、長距離傳輸、共享等需求。安裝方便、易

37、于維護（ Easy of use ＋ Price ）易于做高清圖像劣勢：大容量存儲 大路數集中接入NVS的市場，也是IPC要搶占的市場,問題：競爭對手的NVS客戶群是誰？ 他們的銷售渠道和銷售模式有那些？,,四、IPC需求分析（1）,選擇IPC時，首先要了解客戶的需求：自然環(huán)境條件如何？－主機指標輔助光源照度如何？－光照評估被攝物體范圍大小？－鏡頭選擇用戶的經濟承受能力？－系統(tǒng)造價,

38、四、IPC需求分析（2）,自然環(huán)境條件如何？ 光照條件是否有逆光是否有強光是否晚上使用室內或室外 …,四、IPC需求分析（3）,輔助光源照度如何？ 常規(guī)可見光照明被動紅外與主動紅外攝像技術紅外燈：半導體固體發(fā)光紅外燈、熱輻射紅外燈,四、IPC需求分析（4）,被攝物體范圍大??？視角距離景深,四、IPC需求分析（5）,用戶的經濟承受能力？系統(tǒng)成本對比分析模擬攝像機＋視頻服務器的方式模擬攝像機＋硬盤錄像機的

39、方式客戶經濟能力與產品需求分析,四、IPC需求分析（6）,在選擇攝像機時，還要注意以下因素： 根據工作環(huán)境應選配相應的攝像機防護罩，防護罩可根據需要設置調溫控制系統(tǒng)和遙控雨刷等，攝像機是通過防護罩的辦法來防高溫、防低溫、防雨、防雪、防沙塵的，在高低溫差大，需要防雨、防塵的露天環(huán)境中工作時，防護罩應能避免日光直射，能刮去玻璃窗上的水珠，防止玻璃窗上結霜，低溫環(huán)境下可對攝像機加熱等。固定攝像機在特定部位上的支承裝置，可采用攝